一种交流唤醒电路和储能电源的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种交流唤醒电路和储能电源。


背景技术：

2.随着锂电池技术难点的进一步攻克，储能产品得到了高速发展，特别是户用储能产品，由于户用储能产品实现了光、储、充一体化，解决了用电系统不稳定的难题，因此得到越来越多使用者的青睐。户用储能产品又涉及ac（alternating current，交流）充电、pv（photovoltaic，太阳能发电）充电等工况，其中，ac充电的方法主要有两种，一是bms（battery management system，电池管理系统）系统手动按键启动充电，二是ac（alternating current）激活bms系统充电。
3.目前，能实现ac激活bms系统充电的方案比较有限，常用的方案是利用设计辅助电源sps（switch power supply，开关电源），待ac使得辅助电源sps工作正常后，再利用mcu（microcontroller unit，微控制单元）或其它特定电路产生bms系统激活信号，以激活bms系统充电。此常用方案能有效、可靠地激活bms系统，但电路设计复杂且产品成本高。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种交流唤醒电路和储能电源，能够在检测到交流电信号时激活待唤醒装置，且电路结构较简单。
5.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种交流唤醒电路，所述交流唤醒电路包括：半波模块、阈值模块、隔离模块、电平模块及开关模块，所述半波模块用于与交流电源连接，所述半波模块与所述阈值模块连接，所述隔离模块分别与所述阈值模块和所述电平模块连接，所述电平模块还与所述开关模块的控制端连接，所述开关模块还用于连接供电电源和待唤醒装置；所述半波模块用于接收所述交流电源输出的交流电信号，并将所述交流电信号转换为半波信号；所述阈值模块用于当所述半波信号的电压大于第一阈值时，控制所述隔离模块导通；在所述隔离模块导通时，所述隔离模块用于根据所述半波信号输出第一电平信号至所述电平模块；所述电平模块用于将所述第一电平信号进行脉冲加宽，并控制所述开关模块导通，以使所述供电电源激活所述待唤醒装置。
6.可选的，所述半波模块包括二极管d1和二极管d2，所述二极管d1的阳极与所述交流电信号的第一端连接，所述二极管d1的阴极与所述阈值模块的第一端连接，所述二极管d2的阴极用于与所述交流电源的第二端连接，所述二极管d2的阳极与所述阈值模块连接。
7.可选的，所述交流唤醒电路还包括限流模块，所述半波模块通过所述限流模块与所述阈值模块连接，所述限流模块用于接收所述半波信号，并限制所述半波信号的电流和电压，以保护所述阈值模块、所述隔离模块、所述电平模块及所述开关模块。
8.可选的，所述电平模块具体用于：接收所述第一电平信号；将所述第一电平信号进行脉冲加宽以获得第二电平信号，其中，所述第二电平信号的脉冲宽度大于或等于所述交流电信号的一个周期；根据所述第二电平信号控制所述开关模块持续导通，以使所述供电
电源激活所述待唤醒装置。
9.可选的，所述阈值模块包括分压单元、第一滤波单元及第一开关单元，所述分压单元分别与所述半波模块、所述第一滤波单元及所述第一开关单元连接，所述第一滤波单元分别与所述第一开关单元和所述半波模块连接，所述第一开关单元分别与所述分压单元、所述第一滤波单元及所述隔离模块连接；所述分压单元用于限制所述第一滤波单元的输入端与输出端间的电压；所述第一滤波单元用于保护所述第一开关单元；所述第一开关单元用于当所述半波信号的电压大于所述第一阈值时，控制所述隔离模块导通。
10.可选的，所述电平模块包括充放电单元和第二滤波单元，所述充放电单元分别与所述第二滤波单元、所述隔离模块及所述开关模块连接，所述第二滤波单元分别与所述供电电源、所述隔离模块及所述开关模块连接；所述充放电单元用于将所述第一电平信号进行脉冲加宽，并控制所述开关模块导通，以使所述供电电源激活所述待唤醒装置；所述第二滤波单元用于保护所述充放电单元、所述隔离模块及所述开关模块。
11.可选的，所述充放电单元包括电阻r7、电容c4及稳压管zd2，所述电阻r7的第一端通过所述开关模块连接所述供电电源，所述电阻r7的第二端通过所述隔离模块连接所述稳压管zd2的阴极，所述电阻r7的第二端还与所述电容c4的第一端连接，所述稳压管zd2的阳极与所述电容c4的第二端连接并接地。
12.可选的，所述开关模块包括三极管q1，所述三极管q1的发射极与所述供电电源连接，所述三极管q1的基极与所述电平模块连接，所述三极管q1的集电极与所述待唤醒装置连接。
13.可选的，所述交流唤醒电路还包括滤波模块，所述滤波模块分别与所述半波模块、所述阈值模块及所述隔离模块连接，所述滤波模块用于限制所述隔离模块的输入端的电流和电压，以保护所述隔离模块。
14.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种储能电源，所述储能电源包括如上所述的交流唤醒电路。
15.区别于相关技术的情况，本发明提供一种交流唤醒电路，所述交流唤醒电路包括：半波模块、阈值模块、隔离模块、电平模块及开关模块，所述半波模块用于与交流电源连接，所述半波模块与所述阈值模块连接，所述隔离模块分别与所述阈值模块和所述电平模块连接，所述电平模块还与所述开关模块的控制端连接，所述开关模块还用于连接供电电源和待唤醒装置；所述半波模块用于接收所述交流电源输出的交流电信号，并将所述交流电信号转换为半波信号；所述阈值模块用于当所述半波信号的电压大于第一阈值时，控制所述隔离模块导通；在所述隔离模块导通时，所述隔离模块用于根据所述半波信号输出第一电平信号至所述电平模块；所述电平模块用于将所述第一电平信号进行脉冲加宽，并控制所述开关模块导通，以使所述供电电源激活所述待唤醒装置。因此，通过上述方式，当接收到交流电信号时，控制开关模块导通，使供电电源激活待唤醒装置，本方案的电路结构较简单。
附图说明
16.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别
申明，附图中的图不构成比例限制。
17.图1是本发明实施例提供的一种交流唤醒电路的结构示意图；图2是本发明实施例提供的另一种交流唤醒电路的结构示意图；图3是本发明实施例提供的交流唤醒电路中阈值模块的结构示意图；图4是本发明实施例提供的交流唤醒电路中电平模块的结构示意图；图5是本发明实施例提供的一种交流唤醒电路的电路结构示意图；图6是本发明实施例提供的交流唤醒电路工作时的波形示意图。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互组合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块的划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置示意图中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
20.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
21.请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种交流唤醒电路100的结构示意图。
22.如图1所示，该交流唤醒电路100包括：半波模块10、阈值模块20、隔离模块30、电平模块40及开关模块50，半波模块10用于与交流电源200连接，半波模块10与阈值模块20连接，隔离模块30分别与阈值模块20和电平模块40连接，电平模块40还与开关模块50的控制端连接，开关模块50还用于连接供电电源300和待唤醒装置400。
23.半波模块10用于接收交流电源200输出的交流电信号，并将交流电信号转换为半波信号。其中，交流电信号通常为市电，世界各国的常用市电的频率有50hz与60hz两种，民用交流电压分布由100v至380v不等。其中，半波信号为只包括交流电信号的正半部分的信号。
24.阈值模块20用于当半波信号的电压大于第一阈值时，控制隔离模块30导通。其中，可通过改变阈值模块20中的元器件参数来改变第一阈值的大小，第一阈值可为50v、70v、100v等。
25.在隔离模块30导通时，隔离模块30用于根据半波信号输出第一电平信号至电平模块40。其中，第一电平信号的频率与上述的交流电信号相同。第一电平信号的脉冲宽度为，一个周期内半波信号的电压大于第一阈值的时段。
26.电平模块40用于将第一电平信号进行脉冲加宽，并控制开关模块50导通，以使供电电源300激活待唤醒装置400。其中，供电电源300通常为电池电源，待唤醒装置400可为bms系统或其他可被供电电源唤醒的装置。
27.电平模块40具体用于：首先，接收第一电平信号。然后，将第一电平信号进行脉冲
加宽以获得第二电平信号，其中，第二电平信号的脉冲宽度大于或等于交流电信号的一个周期。最后，根据第二电平信号控制开关模块50持续导通，以使供电电源300激活待唤醒装置400。优选的，将第二电平信号的脉冲宽度加宽至交流电信号的一个周期时长。优选的，将第二电平信号的脉冲宽度加宽至大于或等于交流电信号的一个周期时长，且小于或等于交流电信号的二个周期时长。如此，当所输入的交流电信号的电压大于第一阈值即可有效保证开关模块的持续导通，即可以使唤醒电路准确检测交流电有效输入，以唤醒待唤醒设备。例如该待唤醒设备为储能电源的bms系统。
28.请参阅图2，图2是本发明实施例提供的另一种交流唤醒电路的结构示意图。
29.交流唤醒电路100还包括限流模块60，半波模块10通过限流模块60与阈值模块20连接。
30.限流模块60用于接收半波信号，并限制半波信号的电流和电压，以保护阈值模块20、隔离模块30、电平模块40及开关模块50。因为交流电源200提供的交流电信号的电压较大，需要通过限流模块60来保护后级的电路不被高压电击坏。
31.可选的，交流唤醒电路100还包括滤波模块70，滤波模块70分别与半波模块10、阈值模块20及隔离模块30连接。滤波模块70用于限制隔离模块30的输入端的电流和电压，以保护隔离模块30。
32.滤波模块70包括限流单元701和限压单元702，限流单元701分别与限流模块60、限压单元702及隔离模块30连接，限压单元702分别与半波模块10和阈值模块20连接。
33.限流单元701用于限制隔离模块30的输入端的电流。限流单元701连接的隔离模块30的工作电流较小，因此通过限流单元701来限制流入隔离模块30的电流以保护隔离模块30。
34.限压单元702用于限制隔离模块30的输入端的电压。限压单元702连接的隔离模块30的工作电压也较小，因此通过限压单元702来限制和稳定隔离模块30的输入端的电压以保护隔离模块30。
35.请参阅图3，图3是本发明实施例提供交流唤醒电路100中的阈值模块20的结构示意图。
36.阈值模块20包括分压单元201、第一滤波单元202及第一开关单元203。分压单元201分别与半波模块10、第一滤波单元202及第一开关单元203连接，第一滤波单元202分别与第一开关单元203和半波模块10连接，第一开关单元203分别与分压单元201、第一滤波单元202及隔离模块30连接。
37.分压单元201用于限制第一滤波单元202的输入端与输出端间的电压。第一滤波单元202用于保护第一开关单元203。第一开关单元203用于当半波信号的电压大于第一阈值时，控制隔离模块30导通。
38.请参阅图4，图4是本发明实施例提供的交流唤醒电路100中电平模块40的结构示意图。
39.电平模块40包括充放电单元401和第二滤波单元402，充放电单元401分别与第二滤波单元402、隔离模块30及开关模块50连接，第二滤波单元402分别与供电电源300、隔离模块30及开关模块50连接。
40.充放电单元401用于将第一电平信号进行脉冲加宽，并控制开关模块50导通，以使
供电电源300激活待唤醒装置400。第二滤波单元402用于保护充放电单元401、隔离模块30及开关模块50。
41.请参阅图5，图5是本发明实施例提供的一种交流唤醒电路的电路结构示意图。
42.半波模块10包括二极管d1和二极管d2。二极管d1的阳极与交流电信号的第一端连接，二极管d1的阴极与阈值模块20的第一端连接，二极管d2的阴极用于与交流电源200的第二端连接，二极管d2的阳极与阈值模块20连接。
43.二极管d1和二极管d1共同对交流电源200输出的交流电信号进行整流，将交流电信号转换为半波信号。
44.限流模块60包括电阻r1和稳压管zd1，电阻r1的第一端与半波模块10连接，电阻r1的第二端与稳压管zd1的第一端连接，稳压管zd1的第二端分别与阈值模块20和连接。
45.其中，电阻r1用于限制半波信号的电流，稳压管zd1用于限制半波信号的电压。
46.滤波模块70的限流单元701包括电阻r2、电阻r4及电阻r8。电阻r2的第一端与限流模块60连接，电阻r2的第二端与电阻r4的第一端连接，电阻r4的第二端分别与电阻r8的第一端和限压单元702连接，电阻r8的第二端与隔离模块30连接。
47.其中，电阻r2、电阻r4及电阻r8用于限制隔离模块30的输入端的电流。
48.滤波模块70的限压单元702包括稳压管zd3、电阻r10及电容c2。稳压管zd3的第一端分别与电阻r10的第一端、电容c2的第一端及电阻r8的第一端连接，稳压管zd3的第二端分别与电阻r10的第二端、电容c2的第二端、半波模块10及阈值模块20连接并接地。
49.其中，稳压管zd3用于钳位住隔离模块30的输入端的电压，以保护隔离模块30的元器件不被烧坏，电阻r10和电容c2构成rc滤波电路，吸收隔离模块30的输入端的高频杂波信号。
50.阈值模块20的分压单元201包括电阻r3和电阻r5。电阻r3的第一端与限流模块60连接，电阻r3的第二端与电阻r5的第一端连接，电阻r5的第二端与第一滤波单元202连接。
51.阈值模块20的第一滤波单元202包括电阻r11和电容c3。电阻r11的第一端分别与电容c3的第一端、分压单元202及第一开关单元203连接，电阻r11的第二端分别与电容c3的第二端、第一开关单元203及半波模块10连接并接地。
52.阈值模块20的第一开关单元203包括开关管zd4。开关管zd4的第一端与第一滤波单元202连接，开关管zd4的第二端分别与第一滤波单元202和半波模块10连接并接地，开关管zd4的第三端与隔离模块30连接。开关管zd4可以采用型号为tl431的元器件。
53.其中，利用开关管zd4的负反馈原理，控制隔离模块30的输入端与地之间的通断。电阻r3、电阻r5与电阻r11形成分压电路，通过开关管zd4的第一端对电阻r11两端电压的判断（r11两端电压大于2.5v电压，则开关管zd4的第二端和第三端间导通，导通电流1ma至100ma之间，可使隔离模块30导通），以控制隔离模块30的通、断状态。电阻r11的两端的电压v11与交流电信号的电压v之间存在线性关系，关系为：v11=(v-vzd1)*r11/(r1+r3+r5+r11)，其中，vzd1为稳压管zd1两端的电压，r11为电阻r11的电阻值，r1为电阻r1的电阻值，r3为电阻r3的电阻值，r5为电阻r5的电阻值，r11为电阻r11的电阻值。可以通过改变上述公式中元器件的参数，来改变交流电信号的最低电压值。最低电压值是，使隔离模块30导通的最低电压的交流电信号的电压值。即，当交流电信号的电压低于最低电压值时，开关管zd4不导通，那么后续的隔离模块30也不导通，上述的阈值模块20可以避免在交流电信号的电
压低于最低电压值时激活待唤醒装置。即上述的阈值模块20可以避免在非正常交流电信号下激活待唤醒装置，起到保护的作用。
54.隔离模块30包括光耦合器u1。光耦合器u1的第一端与电阻r8的第二端连接，光耦合器u1的第二端与开关管zd4的第三端连接，光耦合器u1的第三端和光耦合器u1的第四端分别与电平模块40连接。
55.采用光耦合器u1将交流电信号一侧与供电电源一侧形成绝缘，满足了安全绝缘的设计要求。其中，在实际运用中，根据绝缘等级可采用不同程度的宽体光耦合器。
56.电平模块40的充放电单元401包括电阻r7、电容c4及稳压管zd2。电阻r7的第一端通过开关模块50连接供电电源300（图5中的bat+端连接供电电源），电阻r7的第二端通过光耦合器u1连接稳压管zd2的阴极，电阻r7的第二端还与电容c4的第一端连接，稳压管zd2的阳极与电容c4的第二端连接并接地。
57.电平模块40的第二滤波单元402包括电阻r6和电容c1，电阻r6的第一端分别与电容c1的第一端和开关模块50连接，电阻r6的第二端分别与电容c1的第二端、电阻r7的第二端及光耦合器u1的第四端连接。
58.开关模块50包括三极管q1，三极管q1的发射极与供电电源300连接，三极管q1的基极与电平模块40连接，三极管q1的集电极与待唤醒装置400（图5中的vcc_b端连接待唤醒装置400）连接。本发明实施例中的三极管q1为pnp三极管，在实际运用中可适应性的选择其它的开关装置。
59.可选的，开关模块50还包括电阻r9，电阻r9的第一端与三极管q1的集电极连接，电阻r9的第二端与电容c4的第二端连接并接地。其中，电阻r9用于防止电路中的电流过大，造成元器件的损坏。
60.上述电路中，当光耦合器u1导通，发送第一电平信号至电平模块40后，电平模块40需要使得开关管q1持续导通，供电电源30才能激活待唤醒装置400。
61.具体的，首先，交流电信号经半波模块10整流后转换为半波信号，半波信号经过阈值模块20的阈值判断后使隔离模块30导通。通常，交流电信号的周期与半波信号的周期相同。然后，隔离模块30的光耦合器u1的第三端和第四端输出第一电平信号，第一电平信号的脉冲宽度为半波信号大于第一阈值的部分，即第一电平信号的脉冲宽度小于交流电信号的一半。然后，电平模块40将第一电平信号转换为第二电平信号，第二电平信号的脉冲宽度大于交流电信号的一个周期。然后，电平模块40将第二电平信号传输至三极管q1，电流从三极管q1的发射极流经三极管q1的基极，则可控制三极管q1的发射极和三极管q1的集电极的导通状态。
62.实际应用中，为了适用不同电压的供电电源300，故设计了稳压管zd2，根据kvl原理（基尔霍夫电压定律），有vc4=vzd2+vu (3、4)，其中，vc4为电容c4两端的电压值，vzd2为稳压管zd2两端的电压值，vu (3、4)为光耦合器u1的第三端和第四端间的电压值。当供电电源300的电压较高时，可通过选择元器件参数合理的稳压管zd2，限制流过光耦合器u1的第三端和第四端间的冲击电流，起到保护的作用。
63.为了更好的理解电平模块40将第一电平信号转换为第二电平信号的过程，请参阅图6，图6是本发明实施例提供的交流唤醒电路工作时的波形示意图。需要说明的是，图6中的横轴t表示时间，单位是s。图6中的纵轴y表示电压，单位是v。
64.如图6所示，图6的最上方的波形为交流电信号的波形图，交流电信号的波形图中的虚线所在的a值为第一阈值。图6的中间的波形为开关管zd4的第三端和第二端间电压的波形图。图6中的ton指开关管zd4导通的时间，也即第一电平信号的脉冲宽度。图6中最下方的波形为电容c4两端的电压的波形。由图6可以看出，交流电信号的每一个周期内，电容c4在ton时间内进行放电，在ton的时间外进行充电。
65.具体的，由光耦合器u1、稳压管zd2、电阻r7及电容c4组成慢充快放电路。上述的慢充快放电路中的慢和快是相对而言的，并不构成具体时间限制。
66.在每一个交流电信号的周期内，当光耦合器u1导通时，三极管q1的发射极与集电极间导通，且电容c4快速放电。此时，供电电源400的电量由三极管q1的发射极，至三极管q1的基极，至电阻r7，至光耦合器u1的第四端，至光耦合器u1的第三端，再至稳压管zd2。因此，三极管q1的发射极与集电极间导通，即供电电源400与待唤醒装置400间导通。同时，电容c4的电量经光耦合器u1的第四端至光耦合器u1的第三端再通过稳压管zd2快速放电。
67.在每一个交流电信号的周期内，当光耦合器u1关断时，三极管q1的发射极与集电极间导通，且电容c4较慢充电。此时，供电电源400的电量经过三极管q1的发射极，至三极管q1的基极，再至电阻r7，向电容c4充电。在电容c4充电的过程中，三极管q1的发射极与集电极间导通，即供电电源400与待唤醒装置400间导通。
68.需要注意的是，为了使得在每一个交流电信号的周期内，当光耦合器u1关断时，三极管q1的发射极与集电极间保持持续导通，需要设置电容c4的充电时间大于交流电信号的一个周期的时间，例如电容c4的充电时间大于16.67ms（60hz）或电容c4的充电时间大于20ms（50hz）。利用稳压管zd2的击穿点可以确定电容c4两端的电压的最小值。根据供电电源300的电压、交流电信号的周期、第一阈值，可以通过选择参数合适的元器件实现上述慢充快放电路的完整工作。
69.本发明实施例提供一种交流唤醒电路100，该交流唤醒电路100包括：半波模块10、限流模块60、滤波模块70、阈值模块20、隔离模块30、电平模块40及开关模块50。半波模块10用于将交流电源输出的交流电信号转换为半波信号。限流模块60用于接收半波信号，并限制半波信号的电流和电压，以保护阈值模块20、隔离模块30、电平模块40及开关模块50。滤波模块70用于限制隔离模块30的输入端的电流和电压，以保护隔离模块30。阈值模块20用于当半波信号的电压大于第一阈值时，控制隔离模块30导通。隔离模块30用于根据半波信号输出第一电平信号至电平模块40。电平模块40用于将第一电平信号进行脉冲加宽，并控制开关模块50导通，以使供电电源300激活待唤醒装置400。本发明实施例能够有效实现交流电信号激活待唤醒装置的功能，并且能够避免待唤醒装置在不正常的交流电信号下激活，同时电路较简单从而有效控制产品成本。
70.本发明实施例中提供一种储能电源，该储能电源包括如上所述的交流唤醒电路100。储能电源分别与交流电源200、供电电源300及待唤醒装置400连接。储能电源用于当交流电源200输入交流电信号时，控制供电电源300与待唤醒装置400导通以激活待唤醒装置400。在一个实施例中，开关模块用于连接bms系统的唤醒端，即待唤醒装置为bms系统，以起到唤醒bms系统作用。
71.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以
以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。